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(1.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830002；2.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司電力調(diào)度控制中心，新疆 烏魯木齊 830002； 3.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003；4.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司檢修公司，新疆 阜康 831500)

0 前 言

繼電保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)向量對(duì)于新設(shè)備送電至關(guān)重要，其主要是利用工作電壓、負(fù)荷電流檢查電流二次回路的正確性，結(jié)合一次設(shè)備負(fù)荷情況進(jìn)行矢量分析，判斷設(shè)備運(yùn)行情況是否良好,核相的目的是通過二次電壓回路的大小和相位的測(cè)量，判斷二次電壓回路是否正確，變比及極性使用是否正確。

空載及輕載線路的繼電保護(hù)向量測(cè)試一直是工程實(shí)際中的難題。隨著越來越多的新設(shè)備啟動(dòng)，調(diào)度運(yùn)行人員在啟動(dòng)送電過程中往往為保證電網(wǎng)安全，騰空母線造成負(fù)荷太小，無法滿足繼電保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)向量的要求而影響保護(hù)測(cè)試，從而影響新設(shè)備送電，進(jìn)而影響新設(shè)備相關(guān)配套工程的建設(shè)，特別是對(duì)于電網(wǎng)中新建的許多電廠，此種問題更加突出。大量電廠正在或即將建設(shè),但在電廠輔機(jī)調(diào)試期間及發(fā)電機(jī)啟動(dòng)投運(yùn)初期,由于高壓?jiǎn)渚€路所帶廠內(nèi)負(fù)荷太小,短期內(nèi)無法滿足進(jìn)行帶負(fù)荷測(cè)向量的要求。尤其是對(duì)于大機(jī)組的發(fā)電廠,由于短路容量大,一般電流互感器的變比很大,為達(dá)到二次電流向量測(cè)試的需要,所需負(fù)荷將更大,有可能造成所有輔機(jī)全部投入仍然達(dá)不到二次電流向量測(cè)試需要的負(fù)荷。在此種情況下,若將高壓?jiǎn)渚€路投入運(yùn)行,則無法保證系統(tǒng)母差保護(hù)和線路保護(hù)向量的正確性,將嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行;而如果不將高壓?jiǎn)渚€路投入運(yùn)行,則電廠的輔機(jī)調(diào)試將無法開展,又會(huì)極大影響電廠的建設(shè)。

因此,解決空載及輕載線路的繼電保護(hù)向量測(cè)試問題可以突破新設(shè)備啟動(dòng)中的難題，減少新設(shè)備啟動(dòng)測(cè)試時(shí)間，尤其是對(duì)于電廠建設(shè),不僅具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益,而且密切關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,意義十分重大。

1 繼電保護(hù)測(cè)向量的作用和測(cè)試內(nèi)容

繼電保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)試對(duì)繼電保護(hù)的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，無論是對(duì)母差保護(hù)、線路或變壓器差動(dòng)保護(hù)，均要進(jìn)行帶負(fù)荷測(cè)向量。新投設(shè)備帶有母差保護(hù)或帶方向的保護(hù)，電流互感器更換或返廠檢修后，更換線路保護(hù)，總之只要是涉及TA更換、保護(hù)裝置更換或電流回路改動(dòng)都需要帶負(fù)荷測(cè)向量。

帶負(fù)荷測(cè)試前，要深入了解保護(hù)原理、實(shí)現(xiàn)方式和定值意義，熟悉現(xiàn)場(chǎng)接線；帶負(fù)荷測(cè)試中，要按照帶負(fù)荷測(cè)試內(nèi)容，認(rèn)真、仔細(xì)、全面收集數(shù)據(jù)；帶負(fù)荷測(cè)試后，要對(duì)照分析方法，逐一檢查、逐一判斷。

帶負(fù)荷測(cè)試數(shù)據(jù)檢查：測(cè)試得到的數(shù)據(jù)對(duì)正確分析、判斷設(shè)備情況起到了決定性的作用，因此，檢查是必不可少的。檢查步驟如下(以變壓器為例)。

①檢查電流相序。在正確接線條件下，各側(cè)電流都是正序。

②檢查電流對(duì)稱性，每側(cè)A相、B相、C相電流幅值基本相等，相位互差120°，且A、B、C三相電流依次超前120°。

③檢查各側(cè)電流幅值，核實(shí)TA變比，將變壓器各側(cè)一次電流除以二次電流，得到實(shí)際TA變比，該變比應(yīng)和整定變比基本一致。

④檢查差流(或差壓)大小及整定值正確性。對(duì)勵(lì)磁電流和改變分接頭引起差流，變壓器差動(dòng)保護(hù)一般不進(jìn)行補(bǔ)償，而采用帶動(dòng)作門檻和制動(dòng)特性來克服，測(cè)差流(或差壓)不會(huì)等于零。

而實(shí)際上目前的相量檢查試驗(yàn)如下。

①確定一次系統(tǒng)的負(fù)荷情況：電流大小、功率性質(zhì)、功率流向；

②測(cè)量二次電流，確定TA變比正確；

③根據(jù)設(shè)定基準(zhǔn)電壓(推薦用A相)，測(cè)量各相電流與電壓間的夾角，確定電流相序以及計(jì)算P、Q，與一次系統(tǒng)對(duì)照；

④對(duì)于差動(dòng)保護(hù)，還要測(cè)量差流或差壓。

2 繼電保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)向量的原理

帶負(fù)荷測(cè)向量的方法以電流互感器二次回路極性由母線指向電力設(shè)備為例進(jìn)行說明。首先記錄被測(cè)試電流互感器所流過的負(fù)荷電流及有功、無功的大小和方向(后臺(tái)一次值)。然后用鉗型電流表測(cè)試電流二次回路三項(xiàng)及中性線的電流大小和各項(xiàng)電流與系統(tǒng)電壓的角度，根據(jù)所測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，具體如下。

(1)在測(cè)量各測(cè)電流相位之前，電流幅值應(yīng)該大于誤差的一半，就是保證線路帶有一定的負(fù)荷，達(dá)到儀器的精確度，并且保證在測(cè)量過程中運(yùn)行工況穩(wěn)定。各繞組的電流幅值不能過小，否則分析結(jié)果將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。電流互感器所流過的負(fù)荷電流與所測(cè)的各項(xiàng)電流幅值的比值應(yīng)與電流互感器的變比一致，中性線電流幅值很小，但不為零。

(2)保證在測(cè)量過程中有統(tǒng)一的基準(zhǔn)點(diǎn)，選擇參考相電壓時(shí)，注意電壓和電流的同極性關(guān)系，在諧波比較大的變電所采用線電壓作為參考電壓有助于減小誤差；正確的使用儀器，注意電流的流入流出方向。

(3)三相電流幅值基本相等，相位角互差120°(電鐵等特殊負(fù)荷外)，呈正序分布。在測(cè)量過程中，由于電流互感器自身存在角度誤差，測(cè)試過程中的負(fù)荷波動(dòng)，所測(cè)的相位及幅值都會(huì)存在誤差，一般角度誤差在10°以內(nèi)。

(4)基準(zhǔn)電壓超前同名相電流的角度與有無功的送受情況相一致。在繪制相位圖時(shí)，參考相位方向在時(shí)鐘零點(diǎn)位置，其他各相參照參考項(xiàng)角度順時(shí)針為正繪制，所得的角度為電流滯后電壓的角度。

圖1 功角坐標(biāo)圖

功角坐標(biāo)如圖1。

①第一象限P>0,Q>0,測(cè)試點(diǎn)“送出有功，送出無功”；

②第二象限P>0,Q<0,測(cè)試點(diǎn)“接受有功，送出無功”；

③第三象限P<0,Q<0,測(cè)試點(diǎn)“接受有功，接受無功”；

④第四象限P<0,Q>0,測(cè)試點(diǎn)“送出有功，接受無功”。

3 繼電保護(hù)帶負(fù)荷測(cè)向量的方法

當(dāng)前解決空載及輕載線路繼電保護(hù)向量測(cè)試問題的傳統(tǒng)方法有兩大類:一類可稱之為直接法,即想方設(shè)法提高線路的負(fù)荷,使之達(dá)到繼電保護(hù)向量測(cè)試所需要的大小;另一類可稱為間接法,即暫時(shí)不測(cè)量空載及輕載線路的繼電保護(hù)向量，而是改變系統(tǒng)的一、二次運(yùn)行方式，使之適應(yīng)母差及線路保護(hù)向量未測(cè)試而無法正常投入運(yùn)行的情況。

3.1 直接法及其分析

直接法的具體實(shí)施方法與工程實(shí)際的條件有密切的關(guān)系，總的來說有以下幾種。

方案1：若新設(shè)備送電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有雙回線，則考慮通過雙回線環(huán)帶負(fù)荷，使之達(dá)到繼電保護(hù)向量測(cè)量的要求。

圖2 方案1示意圖

方案2：發(fā)電廠在啟備變壓器低壓側(cè)帶臨時(shí)負(fù)荷，使之達(dá)到繼電保護(hù)向量測(cè)量的要求。

圖3 方案2示意圖

方案3：用未測(cè)向量的斷路器臨時(shí)帶已運(yùn)行的相鄰間隔線路，改變運(yùn)行方式，使之達(dá)到繼電保護(hù)向量測(cè)試的要求。

圖4 方案3示意圖

方案4：利用無功補(bǔ)償設(shè)備損耗增加負(fù)荷進(jìn)行測(cè)向量。

3.2 間接法及其分析

間接法一般有以下幾種。

方案1：在電廠輔機(jī)調(diào)試期間暫時(shí)不測(cè)量保護(hù)向量，對(duì)側(cè)變電站通過母聯(lián)或分段開關(guān)串接在線路前，由母線或分段開關(guān)的獨(dú)立母聯(lián)過流保護(hù)來保護(hù)啟備線路，直至發(fā)電機(jī)啟動(dòng)送電可以測(cè)量保護(hù)向量，

方案2：在電廠輔機(jī)調(diào)試期間暫時(shí)不測(cè)量保護(hù)向量，對(duì)側(cè)變電站通過旁路開關(guān)帶啟備線運(yùn)行，由旁路開關(guān)保護(hù)來保護(hù)啟備線，直至發(fā)電機(jī)啟動(dòng)送電可以測(cè)量保護(hù)向量。

4 新方法原理與分析及實(shí)施中的注意事項(xiàng)

4.1方案1

4.1.1 新方法原理

在變電站中，由于已運(yùn)行的同一電壓等級(jí)的開關(guān)電流互感器極性是正確的，所以可以用已運(yùn)行的開關(guān)電流互感器作為基準(zhǔn)，將其一次側(cè)按正極性通過低壓電纜串接待測(cè)保護(hù)向量啟備線開關(guān)電流互感器，在電流互感器一次側(cè)用大電流變比試驗(yàn)儀加電流通過，以模擬負(fù)荷電流，利用外加電源通過電流互感器傳變壓器，檢查啟備線開關(guān)電流互感器二次電流回路電流復(fù)制大小和相位關(guān)系的正確性，從而來判斷保護(hù)電流二次回路接線是否正確。

4.1.2 新方法的分析

圖5 新方案1原理示意圖

新方法是利用在互感器一次側(cè)用大電流變比試驗(yàn)儀加電流以模擬負(fù)荷電流，從而達(dá)到繼電保護(hù)向量測(cè)試的要求，負(fù)荷電流與實(shí)際的負(fù)荷電流指示在電壓等級(jí)上有所不同，其一次電流的通路是完全相同的，因而對(duì)于電流的繼電保護(hù)向量測(cè)試來說，兩者本質(zhì)是相同的，其測(cè)試結(jié)果完全可以信賴，而從新方法的具體實(shí)施方案可以看出，新方法的實(shí)施是較為簡(jiǎn)單的，無需對(duì)一次方式做大的調(diào)整，實(shí)施過程中對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也無影響，方案應(yīng)用于工程實(shí)際不僅具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1.3 新方法具體實(shí)施中的注意事項(xiàng)

(1)防止感應(yīng)過電壓

由于模擬一次負(fù)荷電流需要在開關(guān)場(chǎng)地接線，系統(tǒng)母線上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，將可能對(duì)人身、設(shè)備、儀器產(chǎn)生危害，同時(shí)，較高的感應(yīng)過電壓有可能通過低壓電纜引入所用低電壓系統(tǒng)，將致使設(shè)備絕緣擊穿或者人身觸電事故，因此，必須采取切實(shí)有效的防止感應(yīng)過電壓的措施。

防止感應(yīng)過電壓的措施，在試驗(yàn)接線前，應(yīng)將作為擊穿的開關(guān)及啟備線開關(guān)均轉(zhuǎn)為檢修，然后才可以接線，在試驗(yàn)接線結(jié)束后，應(yīng)只保留一個(gè)接地點(diǎn)，這樣既可以防止一次電流回路在高壓磁場(chǎng)中形成感應(yīng)過電壓，對(duì)人身和設(shè)備構(gòu)成威脅，又可以避免試驗(yàn)時(shí)模擬的負(fù)荷電流經(jīng)過多個(gè)接地點(diǎn)分流。

(2) 模擬負(fù)荷電流對(duì)試驗(yàn)條件的要求

試驗(yàn)所需的儀器有：大電流變比試驗(yàn)儀1臺(tái)(輸入電壓，AC 220 V，25 A，50 Hz；輸出電流，AC 1 000 A/5V或500 A/10 V；),SY 3 000智能三相電力參數(shù)測(cè)試儀器1塊，數(shù)字式萬用表1塊，大量程交流電流表1塊。

對(duì)試驗(yàn)條件的幾點(diǎn)要求：大電流變比試驗(yàn)儀的容量應(yīng)滿足要求，在可能的情況下應(yīng)盡量大一點(diǎn)，連接電流互感器一次側(cè)的電纜截面應(yīng)盡量大一些，以減輕大電流變比試驗(yàn)儀的負(fù)荷，測(cè)量二次電流向量的相位表應(yīng)采用高精度的相位表，尤其是最小靈敏電流應(yīng)盡量小，以保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。

4.2 方案二

4.2.1 新方法原理

在變電站電流互感器的戶外端子箱處臨時(shí)將要測(cè)試的二次繞組與備用繞組并聯(lián)，此時(shí)該電流互感器的兩個(gè)二次繞組如果極性相同則流過的電流將增

大一倍，使之達(dá)到繼電保護(hù)裝置向量測(cè)試所需要的電流大小，從而來驗(yàn)證保護(hù)裝置電流二次回路極性是否正確。

圖6 新方案2原理示意圖

4.2.2 新方法的分析

新方法是利用電流互感器的兩個(gè)二次繞組并聯(lián)增大電流來實(shí)現(xiàn)的，其測(cè)試結(jié)果完全可以信賴，且實(shí)施起來比較容易，同時(shí)也無需對(duì)一次方式進(jìn)行調(diào)整，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行沒有影響。

4.2.3 新方法具體實(shí)施中的注意事項(xiàng)

新方法可能會(huì)由于施工工藝不良、接線不緊固造成電流二次回路開路，此時(shí)將會(huì)在電流互感器二次側(cè)感應(yīng)出高電壓，威脅人身安全和儀表、保護(hù)裝置運(yùn)行，甚至?xí)斐呻娏骰ジ衅鞔怕凤柡?、鐵心發(fā)熱燒毀互感器。另外，該方法需要用到電流互感器的備用二次繞組，目前國(guó)內(nèi)互感器廠家生產(chǎn)的電流互感器部分只有6個(gè)二次繞組，除去計(jì)量與測(cè)量外用于保護(hù)的二次繞組只有4個(gè)，由于220 kV系統(tǒng)保護(hù)均按雙重化原則配置，對(duì)于常規(guī)變電站很多時(shí)候電流互感器用于保護(hù)的二次繞組沒有備用，這就給該方法的實(shí)施帶來困難。

5 各種方法的比較

各種方法的比較見表1。

表1 兩種方法的比較

6 結(jié) 論

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，新設(shè)備投運(yùn)也越來越多，尤其是大量電廠正在或即將建設(shè)，電廠在建設(shè)期間需要啟備線送電對(duì)各種廠用機(jī)械進(jìn)行調(diào)試，但是由于負(fù)荷過小，無法滿足進(jìn)行帶負(fù)荷測(cè)向量的要求，造成保護(hù)無法正常投入，影響設(shè)備送電，這種矛盾隨著電廠的快速建設(shè)及電網(wǎng)的快速發(fā)展越來越突出。當(dāng)前采用的方法都有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，但基本上缺點(diǎn)多于優(yōu)點(diǎn)，施工難度大，受制因素多，普遍性差，難于推廣。因此，所提出的針對(duì)空載及輕載線路向量測(cè)試新方法有利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，接線簡(jiǎn)單，操作方便，易于測(cè)試，同時(shí)具有普遍性，對(duì)于類似的空載線路及輕載線路的繼電保護(hù)向量測(cè)試均可采用。

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